KR102005570B1 - 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은, 제1 방향으로 배열된 복수의 태양 전지들을 전기적으로 연결하여 형성한 스트링(string)을 복수개 구비하는 태양 전지 패널; 스트링 내에서 복수의 태양 전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 및 복수의 태양 전지들에서 생상된 전력을 수집하는 정션박스(junction box); 인터커넥터의 한쪽 단부와 전극부를 서로 전기적으로 연결하는 리드선; 리드선과 정션박스의 전극부 사이에 위치하는 도전성 접합부를 포함하고, 도전성 접합부와 접촉하는 상기 리드선의 한쪽 단부는 적어도 하나의 홀을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은, 제1 방향으로 배열된 복수의 태양 전지들을 전기적으로 연결하여 형성한 스트링(string)을 복수개 구비하는 태양 전지 패널; 스트링 내에서 복수의 태양 전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 및 복수의 태양 전지들에서 생상된 전력을 수집하는 정션박스(junction box); 인터커넥터의 한쪽 단부와 전극부를 서로 전기적으로 연결하는 리드선; 리드선과 정션박스의 전극부 사이에 위치하는 도전성 접합부를 포함하고, 도전성 접합부와 접촉하는 상기 리드선의 한쪽 단부는 적어도 하나의 홀을 갖는다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지가 주목 받고 있다.
태양광 발전 시스템은 복수의 태양전지 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 형성된 것으로, 각각의 태양전지 모듈은 복수의 스트링(string)으로 배열된 복수의 태양전지를 구비한다. 여기에서, 스트링은 일렬로 배열된 복수의 태양전지들을 직렬 연결하여 형성한 것을 말한다.
각각의 태양전지 모듈은 복수의 태양전지에서 생산된 전력을 외부 시스템으로 인출하기 위한 분기장치, 예컨대 정션박스(junction box)이 구비되며, 정션박스에 연결된 케이블에 의해 이웃하는 태양전지 모듈과 직렬 또는 병렬로 연결된다.
스트링과 정션 박스 사이는 리드선에 의해 전기적으로 연결되는데, 리드선의 한쪽 끝은 스트링에 연결되어 있고, 다른 끝은 정션 박스의 전극부에 솔더링(soldering)됨으로써 스트링과 정션 박스 사이가 전기적으로 연결될 수 있다.
그런데, 리드선을 정션 박스에 솔더링할 때, 솔더가 전극부와 리드선 사이에 샌드위치된 상태에서 솔더링이 이뤄지기 때문에 접촉 면적이 작아 접촉 저항이 커지고, 전극부와 리드선 사이가 충분히 접합되지 않아 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.
태양광 발전 시스템은 복수의 태양전지 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 형성된 것으로, 각각의 태양전지 모듈은 복수의 스트링(string)으로 배열된 복수의 태양전지를 구비한다. 여기에서, 스트링은 일렬로 배열된 복수의 태양전지들을 직렬 연결하여 형성한 것을 말한다.
각각의 태양전지 모듈은 복수의 태양전지에서 생산된 전력을 외부 시스템으로 인출하기 위한 분기장치, 예컨대 정션박스(junction box)이 구비되며, 정션박스에 연결된 케이블에 의해 이웃하는 태양전지 모듈과 직렬 또는 병렬로 연결된다.
스트링과 정션 박스 사이는 리드선에 의해 전기적으로 연결되는데, 리드선의 한쪽 끝은 스트링에 연결되어 있고, 다른 끝은 정션 박스의 전극부에 솔더링(soldering)됨으로써 스트링과 정션 박스 사이가 전기적으로 연결될 수 있다.
그런데, 리드선을 정션 박스에 솔더링할 때, 솔더가 전극부와 리드선 사이에 샌드위치된 상태에서 솔더링이 이뤄지기 때문에 접촉 면적이 작아 접촉 저항이 커지고, 전극부와 리드선 사이가 충분히 접합되지 않아 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.
등록특허공보 제10-1077504호 (공개일: 2011.10.28.)
일본 공개특허공보 특개2004-281800호 (공개일: 2004.10.07.)
공개특허공보 제10-2013-0012134호 (공개일: 2013.02.01.)
일본 공개특허공보 특개2004-281800호 (공개일: 2004.10.07.)
공개특허공보 제10-2013-0012134호 (공개일: 2013.02.01.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율이 향상된 태양 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 태양 전지 모듈은 제1 방향으로 배열된 복수의 태양 전지들을 전기적으로 연결하여 형성한 스트링(string)을 복수개 구비하는 태양 전지 패널; 각 스트링 내에서 복수의 태양 전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 및 복수의 태양 전지들에서 생상된 전력을 수집하는 정션박스(junction box); 인터커넥터의 한쪽 단부와 전극부를 서로 전기적으로 연결하는 리드선; 리드선과 정션박스의 전극부 사이에 위치하는 도전성 접합부를 포함하고, 도전성 접합부와 접촉하는 리드선의 한쪽 단부는 적어도 하나의 홀을 가질 수 있다.
여기서, 적어도 하나의 홀의 최대 지름은 2mm이고, 리드선의 최대 폭은 5mm일 수 있다.
또한, 도전성 접합부는 적어도 하나의 홀, 적어도 하나의 홀을 관통하여 리드선의 한쪽 단부 위에 위치할 수 있다. 이대, 적어도 하나의 홀은 복수개일 수 있다.
또한, 도전성 접합부에 함유된 제1 도전성 물질의 용융점은 리드선에 함유된 제2 도전성 물질의 용융점보다 낮으며, 제1 도전성 물질의 용융점은 약 200℃이상이고, 제2 도전성 물질의 용융점은 약 1000℃이상일 수 있다.
그리고, 도전성 접합부는 리드선의 상부면의 전체 또는 상부면의 일부분에 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 복수의 태양 전지와 정션박스를 전기적으로 접속하는 리드선에 홀을 구비함으로써, 홀을 이용한 솔더링 공정을 통해 정션박스와 리드선 사이의 결합력이 향상되고 접촉 저항이 감소되어 태양 전지의 효율을 극대화 할 수 있다. 이에 따라, 태양전지 모듈의 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 후면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 리드선들과 정션박스 간의 연결 구조를 나타내는 주요부 확대도이다.
도 5는 도 1에 도시한 정션박스의 내부 구성을 나타내는 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시한 정션박스와 리드선의 접속 전의 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 도 5에 도시한 정션박스와 리드선의 접속 후의 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 5에 도시한 정션박스와 리드선의 접속 후의 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 5에 도시한 정션박스와 리드선의 접속 후의 상태를 보여주기 위한 상세 단면도이다.
도 10은 도 1에 도시한 태양전지의 주요부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 후면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 리드선들과 정션박스 간의 연결 구조를 나타내는 주요부 확대도이다.
도 5는 도 1에 도시한 정션박스의 내부 구성을 나타내는 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시한 정션박스와 리드선의 접속 전의 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 도 5에 도시한 정션박스와 리드선의 접속 후의 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 5에 도시한 정션박스와 리드선의 접속 후의 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 5에 도시한 정션박스와 리드선의 접속 후의 상태를 보여주기 위한 상세 단면도이다.
도 10은 도 1에 도시한 태양전지의 주요부 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
이하에서, 전면이라 함은 직사광이 입사되는 반도체 기판의 일면일 수 있으며, 후면이라 함은 직사광이 입사되지 않거나, 직사광이 아닌 반사광이 입사될 수 있는 반도체 기판의 반대면일 수 있다.
아울러, 이하의 설명에서, 서로 다른 두 구성 요소의 길이나 폭이 동일하다는 의미는 10%의 오차 범위 이내에서 서로 동일한 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 후면도이고, 도 10은 도 1에 도시한 태양전지의 주요부 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 태양전지 패널(200)을 포함할 수 있다.
태양전지 패널(200)은 복수의 태양전지(210)들, 인접한 태양전지(210)들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터(220), 태양전지(210)들을 보호하는 보호막(EVA: Ethylene Vinyl Acetate)(230), 태양전지(210)들의 수광면 쪽으로 보호막(230) 위에 배치되는 투명 부재(240), 및 수광면 반대 쪽으로 보호막(230)의 하부에 배치되는 불투명 재질의 후면 시트(back sheet)(250)를 포함할 수 있다.
그리고 태양전지 모듈(100)은 라미네이션 공정에 의해 일체화 된 상기 부품들을 수납하는 프레임(400) 및 태양전지(210)들에서 생산된 전력을 수집하는 정션박스(junction box, 300)을 포함할 수 있다.
후면 시트(250)는 태양전지 모듈(100)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양전지(210)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(250)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
보호막(230)은 태양전지(210)들의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양전지(210)들과 일체화 되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양전지(210)를 충격으로부터 보호한다. 이러한 보호막(230)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다.
보호막(230) 위에 위치하는 투명 부재(240)는 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 투명 부재(240)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
본 실시예의 태양전지 패널(200)에 구비된 태양전지(210)는 도 10에 도시한 바와 같이, 기판(211), 빛이 입사되는 기판(211)의 수광면에 위치하는 에미터부(212), 에미터부(212) 위에 위치하는 복수의 제1 전극(213), 제1 전극(213)과 교차하는 방향으로 에미터부(212) 위에 위치하는 적어도 하나의 제1 집전부(214), 제1 전극(213) 및 제1 집전부(214)가 위치하지 않는 에미터부(212) 위에 위치하는 반사방지막(215), 수광면의 반대쪽 면에 위치하는 제2 전극(216) 및 제2 집전부(217)를 포함할 수 있다.
태양전지(210)는 제2 전극(216)과 기판(211) 사이에 형성되는 후면 전계(back surface field, BSF)부를 더 포함할 수 있다. 후면 전계부는 기판(211)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(211)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 후면 전계부는 기판(211)의 후면에서 전위 장벽으로 작용하게 된다. 따라서, 기판(211)의 후면 쪽에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소되므로 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.
기판(211)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(211)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다.
기판(211)의 표면을 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성하기 위해 상기 기판(211)은 텍스처링(texturing) 처리될 수 있다. 기판(211)의 표면이 텍스처링 표면으로 형성되면 기판(211)의 수광면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 이루어져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되어 빛의 흡수율이 증가된다. 따라서, 태양전지(110)의 효율이 향상된다.
에미터부(212)는 기판(211)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물이 도핑(doping)된 영역으로서, 기판(211)과 p-n 접합을 이룬다. 에미터부(212)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(212)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(211)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이에 따라, 기판(211)에 입사된 빛에 의해 반도체 내부의 전자가 에너지를 받으면 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(211)이 p형이고 에미터부(212)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(211)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(212)쪽으로 이동한다.
이와는 반대로, 기판(211)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(211)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(211)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
에미터부(212)는 기판(11)과 p-n 접합을 형성하게 되므로, 기판(211)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(212)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(211)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(212)쪽으로 이동한다.
에미터부(212)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(212)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(211)에 도핑하여 형성할 수 있다.
기판(211)의 에미터부(212) 위에는 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiO2), 및 이산화티탄(TiO2) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어진 반사방지막(215)이 형성되어 있다. 반사방지막(215)은 태양전지(210)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지(210)의 효율을 높인다. 이러한 반사 방지막(215)은 약 70㎚ 내지 80㎚ 의 두께를 가질 수 있으며, 필요에 따라 생략될 수 있다.
복수의 제1 전극(213)은 에미터부(212) 위에 형성되어 에미터부(212)와 전기적으로 연결되고, 인접하는 제1 전극(213)과 서로 이격된 상태로 어느 한 방향으로 형성될 수 있다. 각각의 제1 전극(213)은 에미터부(212) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집하여 해당 제1 집전부(214)로 전달할 수 있다.
복수의 제1 전극(213)은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
에미터부(212) 위에는 복수의 제1 집전부(214)가 위치할 수 있다. 버스 바(bus bar)라고도 불리는 제1 집전부(214)는 제1 전극(213)과 교차하는 방향으로 형성된다. 따라서, 제1 전극(213)과 제1 집전부(214)는 에미터부(212) 위에 교차하는 형태로 배치될 수 있다.
제1 집전부(214)는 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 에미터부(212) 및 제1 전극(213)과 연결될 수 있다. 따라서, 제1 집전부(214)는 제1 전극(213)으로부터 전달되는 전하, 예를 들면 전자를 외부 장치로 출력할 수 있다.
제1 집전부(214)를 구성하는 도전성 금속 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 복수의 제1 집전부(214)는 제1 전극(213)과 동일한 물질을 포함하지만, 제1 전극과는 다른 물질을 포함할 수 있다.
제1 전극(213) 및 제1 집전부(214)는 도전성 금속 물질을 반사방지막(215) 위에 도포한 후 패터닝하고, 이를 소성하는 과정에서 상기 도전성 금속 물질에 포함된 식각 성분, 예를 들어 글라스 프릿(glass frit)에 의해 반사방지막이 식각되는 것에 따라 에미터부(212)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 전극(216)은 기판(211)의 수광면 반대쪽, 즉 기판(211)의 후면에 형성되며, 기판(211) 쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
제2 전극(216)은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어진다. 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
제2 전극(216)과 동일한 면에는 복수의 제2 집전부(217)가 위치하고 있다. 제2 집전부(217)는 제1 전극(213)과 교차하는 방향, 즉 제1 집전부(214)와 평행한 방향으로 형성된다.
제2 집전부(217)는 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어지고, 제2 전극(216)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 제2 집전부(217)는 제2 전극(216)으로부터 전달되는 전하, 예를 들면 정공을 외부 장치로 출력한다.
제2 집전부(217)를 구성하는 도전성 금속 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
이하, 태양전지 패널(200)의 전기적 연결 구조에 대해 상세히 설명한다.
태양전지 패널(200)은 복수의 태양전지(210)가 위치하는 제1 영역(A1)과 제1 영역(A1)의 테두리에 위치하는 제2 영역(A2)을 포함하며, 제1 영역(A1)에는 복수의 태양전지(210)가 복수의 스트링(string) 형태로 배열된다.
여기에서, 스트링은 복수의 태양전지(210)들이 일렬로 배열된 상태에서 전기적으로 연결된 최소 직렬군을 말한다.
따라서, 도 1 및 도 3에 도시한 태양전지 모듈(100)은 6개의 스트링, 예컨대 제1 스트링 내지 제6 스트링(S1 내지 S6)을 가질 수 있다.
이하에서는 일정한 간격을 두고 이격되어 태양전지 패널(200)의 양쪽 외측에 각각 위치하는 스트링(S1, S6)을 각각 제1 외부 스트링(S1) 및 제2 외부 스트링(S6)이라 하며, 제1 외부 스트링(S1)과 제2 외부 스트링(S6) 사이에 위치하는 스트링들(S2 내지 S5)을 각각 제1 내부 스트링(S2), 제2 내부 스트링(S3), 제3 내부 스트링(S4) 및 제4 내부 스트링(S5)이라 한다.
각각의 스트링(S1 내지 S6)에 배열된 복수의 태양전지(210)들은 인터커넥터(220)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적, 하나의 스트링, 예를 들어 제1 외부 스트링(S1) 내에서 세로 방향으로 서로 인접 배치된 복수의 태양전지(210)들 중 어느 한 태양전지의 제1 집전부(도 10 참조, 214)는 인접한 태양전지의 제2 집전부(도 10 참조, 217)와 인터커넥터(220a)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고 제1 외부 스트링(S1)의 하부 쪽에 위치하는 인터커넥터(220a)는 다른 인터커넥터(222)에 의해 제1 내부 스트링(S2)의 하부 쪽에 위치하는 인터커넥터(220b)와 접속되고, 제2 내부 스트링(S3)의 하부 쪽에 위치하는 인터커넥터(220c)는 인터커넥터(222)에 의해 제3 내부 스트링(S4)의 하부 쪽에 위치하는 인터커넥터(220d)와 접속되며, 제4 내부 스트링(S5)의 하부 쪽에 위치하는 인터커넥터(220e)는 인터커넥터(222)에 의해 제2 외부 스트링(S6)의 하부 쪽에 위치하는 인터커넥터(220f)와 접속될 수 있다.
그리고 각 스트링(S1-S6)의 상부 쪽에 위치하는 인터커넥터(220a, 220b, 220c, 220d, 220c, 220f)에는 리드선(lead wire, LW)들이 연결될 수 있다.
이하의 설명에서는 제1 외부 스트링(S1)의 상부 쪽에 위치한 인터커넥터(220a)에 연결되는 리드선을 제1 리드선(LW1)이라 하고, 제2 외부 스트링(S6)의 상부 쪽에 위치한 인터커넥터(220f)에 연결되는 리드선을 제2 리드선(LW2)이라 한다.
그리고 제1 내부 스트링(S2) 및 제2 내부 스트링(S3)의 인터커넥터(220b, 220c)에 연결되는 리드선을 제3 리드선(LW3)이라 하고, 제3 내부 스트링(S4) 및 제4 내부 스트링(S5)의 인터커넥터(220d, 220e)에 연결되는 리드선을 제4 리드선(LW4)이라 한다.
본 발명의 특징에 따르면, 제1 리드선 내지 제4 리드선(LW1 내지 LW4)은 태양전지 패널의 제2 영역(A2)에 위치하며, 인터커넥터 접속부(ICP, interconnector connection part) 및 정션박스 접속부(JCP, Junction box connection part)를 각각 포함할 수 있다.
그리고 제1 리드선 내지 제4 리드선(LW1 내지 LW4)은 서로 중첩하지 않으며, 제1 리드선 내지 제4 리드선(LW1 내지 LW4)의 인터커넥터 접속부(ICP)들은 복수의 스트링들(S1 내지 S6)과 교차하는 방향, 즉 인터커넥터(220a-220f)와 교차하는 방향으로 각각 배열될 수 있다.
따라서, 리드선들(LW1 내지 LW4)을 태양전지들과 절연하기 위한 절연 튜브 또는 절연 필름을 사용할 필요가 없으므로, 절연 튜브 또는 절연 필름의 손상으로 인한 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
이때, 리드선들(LW1 내지 LW4)은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au), 납(Pb) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다. 본실시예에서, 리드선들(LW1 내지 LW4)은 주석(Sn)의 함량이 약 60 중량%이고, 납(Pb)의 함량이 약 40 중량%이며 용융점이 약 229℃인 도전성 물질 또는 구리(Cu)의 함량이 약 99.9 중량%이고 용융점이 약 1083℃인 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 제1 내지 제4 리드선들(LW1 내지 LW4)은 각각 1개의 정션박스 접속부(JCP)를 구비할 수 있다. 그리고 제1 리드선 내지 제4 리드선(LW1 내지 LW4)의 정션박스 접속부(JCP)들은 인터커넥터(220a-220f)와 평행한 방향으로 배열되는 부분과 인터커넥터(220a-220f)와 교차하는 방향으로 배열되는 부분을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 따른 제1 리드선 내지 제4 리드선(LW1 내지 LW4)의 정션박스 접속부(JCP)들은 계단 형상으로 형성될 수 있다.
이하, 리드선들(LW1 내지 LW4)과 정션박스(300) 간의 연결 구조에 대해 설명한다.
도 4는 도 3에 도시한 리드선들과 정션박스 간의 연결 구조를 나타내는 주요부 확대도이고, 도 5는 도 1에 도시한 정션박스의 내부 구성을 나타내는 개략도이다.
태양전지 패널(200)의 제2 영역(A2)으로 후면 시트의 후면에는 하나의 정션박스(300)이 위치할 수 있다.
정션박스(300)는 제1 외부 스트링(S1)과 제1 내부 스트링(S2)의 중간 지점에 위치한다. 이때, 정션박스(300)는 3개의 바이패스 다이오드(BD)와 연결되는 복수의 단자판(310)을 구비할 수 있다.
제1 리드선(LW1)의 인터커넥터 접속부(ICP)는 제1 외부 스트링(S1)에 구비된 인터커넥터(220a)를 연결하며, 인터커넥터 접속부(ICP)와 연결된 정션박스 접속부(JCP)는 정션박스(300)에 구비된 단자판(310)의 한쪽 단자와 접속된다.
이와 마찬가지로, 제2 리드선(LW2)의 인터커넥터 접속부(ICP)는 제2 외부 스트링(S6)에 구비된 인터커넥터(220f)를 연결하며, 인터커넥터 접속부(ICP)와 연결된 정션박스 접속부(JCP)는 정션박스(300)에 구비된 단자판(310)의 한쪽 단자와 접속될 수 있다.
그리고 제3 리드선(LW3)의 인터커넥터 접속부(ICP)는 제1 내부 스트링(S2)과 제2 내부 스트링(S3)에 구비된 인터커넥터들(220b, 220c)을 연결하며, 인터커넥터 접속부(ICP)와 정션박스 접속부(JCP)는 정션박스(300)에 구비된 단자판(310)의 한쪽 단자와 접속될 수 있다.
이와 마찬가지로, 제4 리드선(LW4)의 인터커넥터 접속부(ICP)는 제3 내부 스트링(S4)과 제4 내부 스트링(S5)에 구비된 인터커넥터들(220d, 220e)을 연결하며, 인터커넥터 접속부(ICP)와 연결된 정션박스 접속부(JCP)는 정션박스(300)에 구비된 단자판(310)의 한쪽 단자와 접속될 수 있다.
따라서, 정션박스(300)에서는 제1 전류, 예컨대 양(+)의 전류가 수집되고, 제2 전류, 예컨대 음(-)의 전류가 수집될 수 있다.
이에 따라, 그리고 단자판(310)의 한쪽 단자에는 케이블(CB)이 각각 접속되며, 각각의 케이블(CB)을 이웃하는 태양전지 모듈의 케이블과 전기적으로 연결될 수 있다.
이하, 리드선(LW)과 정션박스(300)의 전기적 연결 구조 및 연결 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 도 5에 도시한 정션박스와 리드선의 접속 전의 상태를 보여주기 위한 사시도이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 도 5에 도시한 정션박스와 리드선의 접속 후의 상태를 보여주기 위한 사시도이며, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 5에 도시한 정션박스와 리드선의 접속 후의 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 정션박스(300)는 인터커넥터(220)의 한쪽 단부 즉, 리드선(LW)과 연결되는 전극부(311)를 구비할 수 있다.
이에, 리드선(LW)과 전극부(311)는 도전성 접합부(51)를 통해 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다. 이때, 리드선(LW)은 적어도 하나의 홀(H)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 리드선(LW)의 폭은 홀(H)의 지름보다 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 리드선(LW)의 최대 폭(W2)은 약 5mm이고, 홀(H)의 최대 지름(W1)은 약 2mm일 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 홀(H)이 한 개의 단수로 형성되었지만, 이에 한정되지 않고 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 홀(H)이 복수개로 형성될 수도 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 도전성 접합부(51)는 리드선(LW)과 전극부(311) 사이에 위치하는 제1 도전성 접합부(510)와 리드선(LW)의 홀(H)을 통해 리드선(LW)의 상부에 덮여서 위치하는 제2 도전성 접합부(512)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 도전성 접합부(512)는 리드선(LW)의 상부 전체면 또는 일부면에 위치할 수 있다.
이때, 도전성 접합부(51)는 리드선(LW)과 동일한 도전성 물질 또는 서로 상이한 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 도전성 접합부(51)는 주석(Sn)의 함량이 약 99.3 중량%이고, 구리(Cu)의 함량이 약 0.7 중량%이며 용융점이 약 229℃인 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 리드선(LW)은 주석(Sn)의 함량이 약 60 중량%이고, 납(Pb)의 함량이 약 40 중량%이며 용융점이 약 229℃인 도전성 물질 또는 구리(Cu)의 함량이 약 99.9 중량%이고 용융점이 약 1083℃인 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 도전성 접합부(51)에 함유된 도전성 물질의 용융점은 리드선(LW)에 함유된 도전성 물질의 용융점보다 높을 수 있다. 이는, 리드선(LW)과 전극부(311)를 접속시키기 위해 솔더링 공정을 수행할 때 가해지는 열에 의해 리드선(LW)은 용융되지 않고 금속 솔더(50)만 용융되어 리드선(LW)과 전극부(311) 및 리드선(LW)의 홀(H)을 통해 리드선(LW)의 상부에 도전성 접합부(51)가 위치할 수 있다.
이에 따라, 리드선(LW)의 홀(H)을 도전성 접합부(51)가 리드선(LW)과 전극부(311) 및 리드선(LW)의 상부면에 위치함으로써 리드선(LW)과 전극부(311) 사이의 결합력이 향상되고, 접촉 저항이 감소될 수 있다. 이에, 태양 전지 모듈(100)의 효율이 증가할 수 있다.
종래에는 정션박스의 전극부 위에 위치하는 솔더를 용융시켜 리드선과 정션박스를 전기적으로 연결하기 위해 리드선에 직접 열을 가했다. 즉, 리드선과 전극부를 연결하기 위해 리드선에 직접 열을 가해서 전극부 위에 위치하는 솔더를 용융시킴으로써, 리드선과 전극부를 전기적 및 물리적으로 연결할 수 있었다. 이에 따라, 전극부 위에 위치하는 솔더에 열을 전달하기 위해 리드선 상부를 직접 가열함으로써 솔더까지 열이 전달되는데 어려움이 발생하여 솔더의 용융이 원활히 이루어지지 않아 리드선과 전극부 사이의 결합력이 다소 감소하는 문제점이 발생할 수 있었다. 더욱이, 용융된 솔더가 리드선과 전극부 사이에만 위치할 수 있음으로써, 리드선과 전극부 사이의 결합력이 더욱 감소할 수 있다.
하지만, 본 실시예와 같이 리드선(LW)이 적어도 하나의 홀(H)을 포함함으로써, 적어도 하나의 홀(H)을 통해 리드선(LW)과 전극부(311) 사이에 위치하는 솔더(50)에만 열을 직접 전달함으로써, 열 전달 장애 없이 솔더(50)가 용이하게 용융되어 리드선(LW)과 전극부(311) 사이의 결합력을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 리드선(LW)의 적어도 하나의 홀(H)을 통해 용융된 솔더(50)가 리드선(LW)의 상부 전체면 또는 일부면에 위치함으로써, 리드선(LW)과 전극부(311) 사이의 결합력은 더욱 더 향상될 수 있다.
앞서 설명한 도전성 접합부(51)는 솔더링 공정에 의해 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 6a 및 도 6b에 도시한 것처럼, 인터커넥터(220)와 정션박스(300)를 전기적으로 연결하기 위해 전극부(311) 위에 금속 솔더(50)를 도포하고, 금속 솔더(50) 위에 홀(H)을 구비한 리드선(LW)을 위치시킬 수 있다.
이때, 금속 솔더(50)는 용융점이 약 200℃ 이상인 도전성 물질로서 고체 상태로 이루어질 수 있다. 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 도전성 물질로 이루어 질 수 있다.
그리고, 리드선(LW)은 용융점이 약 1000℃ 이상인 도전성 물질로서, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au), 납(Pb) 및 이들의 조합으로 이루어진 도전성 물질로 이루어 질 수 있다.
본 실시예에서, 금속 솔더(50)는 주석(Sn)의 함량이 약 99.3 중량%이고, 구리(Cu)의 함량이 약 0.7 중량%이며 용융점이 약 229℃일 수 있고, 리드선(LW)은 주석(Sn)의 함량이 약 60 중량%이고, 납(Pb)의 함량이 약 40 중량%이며 용융점이 약 229℃인 도전성 물질 또는 구리(Cu)의 함량이 약 99.9 중량%이고 용융점이 약 1083℃인 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 7a 및 도 7b에 도시한 것처럼, 인두기(미도시)를 이용하여 360에서 금속 솔더(50)를 열처리하여 용융시켜 도전성 접합부(51)를 형성할 수 있다.
도전성 접합부(51)는 리드선(LW)과 전극부(311) 사이 및 리드선(LW)의 홀(H)을 통해 리드선(LW)의 상부에 위치하는 도전성 접합부(51)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 도전성 접합부(512)는 리드선(LW)의 상부 전체면 또는 일부면에 위치할 수 있다.
한편, 앞서 살펴본 바와 같이, 리드선(LW)의 홀(H)은 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 홀(H)이 복수개로 형성될 수도 있다.
도전성 접합부(51a)는 리드선(LW)과 전극부(311) 사이에 위치하는 제1 도전성 접합부(510a)와 리드선(LW)의 복수개의 홀(H)을 통해 리드선(LW)의 상부에 덮여서 위치하는 제2 도전성 접합부(512a)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 도전성 접합부(512a)는 리드선(LW)의 상부 전체면 또는 일부면에 위치할 수 있다.
이와 같이 홀(H)이 복수개로 형성됨으로써, 하나의 홀(H)로 형성될 때보다 정션박스(300)와 리드선(LW) 사이의 결합력이 더욱 향상될 수 있다. 이에 따라, 정션박스(300)와 리드선(LW)사이의 접촉 저항이 감소하여 태양 전지의 효율이 극대화 될 수 있다.
본 실시예에서, 도전성 접합부(51)는 인두기(미도시)를 이용한 솔더링 공정에 의해 형성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 다른 열발생기를 이용하여 솔더링 공정일 수행될 수 있다.
이때, 금속 솔더(50)는 인두기에 의해서 용융되고, 리드선(LW)은 인두기에 의해 용융되지 않도록 금속 솔더(50)에 함유된 도전성 물질의 용융점은 리드선(LW)에 함유된 도전성 물질의 용융점보다 높을 수 있다.
이하, 정션박스(300)와 리드선(LW)의 접속 상태를 상세히 설명한다.
단자판(310)의 구체적인 구성은 도 9a 및 도 9b에 보다 상세히 도시되어 있다.
도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이, 단자판(310)은 태양 전지 모듈(100)의 리드선(LW)이 접속되는 전극부(311) 및 리드선 접속부(312), 다이오드(BD)가 접속되는 다이오드 접속부(313), 케이블(CB)이 접속되는 외부 케이블 접속부(314)를 포함할 수 있다.
전극부(311)는 리드선(LW)의 폭을 수용할 수 있도록 형성될 수 있다.
리드선 접속부(312)는 리드선(LW)의 길이 방향을 따라 형성되며 리드선(LW)이 원활히 접속될 수 있도록 탄성을 갖질 수 있다.
다이오드 접속부(313)는 단자판(310)의 길이 방향을 따라 형성되며, 다이오드(DB)가 연결되는 홈을 포함할 수 있다.
외부 케이블 접속부(314)는 체결 볼트(미도시)가 삽입될 수 있는 너트 구멍이 형성되어 있으며, 너트 구멍을 통해 케이블(CB)을 연결할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
100: 태양전지 모듈 200: 태양전지 패널
210: 태양전지 220: 인터커넥터
230: 보호막 240: 투명 부재
250: 후면 시트 260: 절연 필름
300: 정션박스 310: 단자판
400: 프레임 BD: 바이패스 다이오드
LW1-LW4: 제1-제4 리드선 50: 금속 솔더
51: 도전성 접합부
210: 태양전지 220: 인터커넥터
230: 보호막 240: 투명 부재
250: 후면 시트 260: 절연 필름
300: 정션박스 310: 단자판
400: 프레임 BD: 바이패스 다이오드
LW1-LW4: 제1-제4 리드선 50: 금속 솔더
51: 도전성 접합부
Claims (21)
- 제1 방향으로 배열된 복수의 태양 전지들을 전기적으로 연결하여 형성한 스트링(string)을 복수개 구비하는 태양 전지 패널;
각 스트링 내에서 복수의 태양 전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 및
상기 복수의 태양 전지들에서 생성된 전력을 수집하는 정션박스(junction box);
상기 인터커넥터의 한쪽 단부와 상기 정션박스의 전극부를 서로 전기적으로 연결하는 리드선;
상기 리드선과 상기 전극부 사이에 위치하는 도전성 접합부를 포함하고,
상기 도전성 접합부와 접촉하는 상기 리드선의 한쪽 단부는 적어도 하나의 홀을 가지며,
상기 도전성 접합부는 상기 적어도 하나의 홀의 내부를 채우며, 상기 리드선의 상부면 전체를 덮고 있고,
상기 적어도 하나의 홀의 최대 지름은 2mm인 태양 전지 모듈. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 홀은 복수개인 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 리드선의 최대 폭은 5mm인 태양 전지 모듈. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 도전성 접합부와 상기 리드선은 서로 동일한 물질로 이루어지는 태양 전지 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 도전성 접합부에 함유된 제1 도전성 물질의 용융점은 상기 리드선에 함유된 제2 도전성 물질의 용융점보다 낮은 태양 전지 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 제1 도전성 물질의 용융점은 200℃이상인 태양 전지 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 제2 도전성 물질의 용융점은 1000℃이상인 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 도전성 접합부와 상기 리드선은 서로 상이한 도전성 물질로 이루어지는 태양 전지 모듈. - 제13항에 있어서,
상기 도전성 접합부에 함유된 제1 도전성 물질의 용융점은 상기 리드선에 함유된 제2 도전성 물질의 용융점보다 낮은 태양 전지 모듈. - 제14항에 있어서,
상기 제1 도전성 물질의 용융점은 200℃이상인 태양 전지 모듈. - 제14항에 있어서,
상기 제2 도전성 물질의 용융점은 1000℃이상인 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 리드선은
상기 스트링의 일측 끝단에 위치하는 제1 외부 태양 전지의 인터커넥터와 상기 정션박스를 전기적으로 연결하는 제1 리드선과,
상기 스트링의 타측 끝단에 위치하는 제2 외부 태양 전지의 인터커넥터와 상기 정션박스를 전기적으로 연결하는 제2 리드선과,
상기 스트링의 가운데 위치하는 제1 내부 태양 전지의 인터커넥터와 상기 정션박스를 전기적으로 연결하는 제3 리드선과,
상기 스트링의 가운데 위치하는 제2내부 태양 전지의 인터커넥터와 상기 정션박스를 전기적으로 연결하는 제4 리드선을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제17항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 리드선을 서로 중첩하지 않는 태양 전지 모듈. - 제17항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 리드선은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 인터커넥터 접속부와, 상기 인터커넥터 접속부와 연결되며 상기 제1 방향으로 뻗어 있는 정션박스 접속부를 포함하는 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 태양 전지 패널은 상기 복수의 스트링이 위치하는 제1 영역 및 상기 제1 영역의 테두리에 위치하는 제2 영역을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제20항에 있어서,
상기 정션박스는 상기 제2 영역에 위치하는 태양 전지 모듈.
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